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量子芯片技术中的磁通量子比特与SQUID设计.docx
资料介绍
量子芯片技术中的磁通量子比特与SQUID设计
磁通量子比特是利用超导环中的磁通量作为量子比特自由度的超导量子比特类型，其核心元件是超导量子干涉器件（SQUID）。磁通量子比特对磁通噪声敏感，但通过优化设计可以工作在磁通最优点，实现对磁通噪声的一阶不敏感。SQUID在量子芯片中不仅用于构建磁通量子比特，还广泛用于量子比特的读出、可调耦合器和参数放大器。本文系统分析磁通量子比特的物理原理、SQUID的设计方法、磁通量子比特的性能优化以及SQUID在量子芯片中的多种应用。
磁通量子比特的物理原理
磁通量子化和持续电流
在超导环中，磁通量是量子化的，只能取磁通量子
的整数倍。当外部磁通接近半整数磁通量子时，超导环中会产生顺时针或逆时针的持续电流，对应的量子态为和。
磁通量子比特的哈密顿量
磁通量子比特的哈密顿量可以写为：
其中为环中的磁通，为外部磁通，为环电感，为约瑟夫森能量。
磁通最优点
磁通量子比特在外部磁通时，能级对磁通噪声的一阶导数，称为磁通最优点（Sweet Spot）。在磁通最优点，量子比特对磁通噪声的敏感度最低，退相干时间最长。
SQUID的基本原理
SQUID结构
超导量子干涉器件（SQUID）由两个约瑟夫森结并联在超导环中构成。SQUID的临界电流随外部磁通周期变化：
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